纳电子器件及其应用(第2版)/蔡理 蔡理 9787121274657 电子工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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蔡理 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121274657

商品编码：29267609343

出版时间：2015-11-01

书名	纳电子器件及其应用(D12版)/蔡理
定价	58.00
ISBN	9787121274657
出版社	电子工业出版社
作者	蔡理
编号	1201217363
出版日期	2015-11-01
印刷日期	2015-11-01
版次	2
字数	467千字
页数	279

目录 D11章绪论 1 1.1引言 1 1.2微电子学向纳电子学发展及限制 3 1.2.1微电子学向纳电子学发展 3 1.2.2微纳电子器件的技术限制 6 1.3纳电子学的研究与发展 8 1.3.1纳电子学研究 9 1.3.2纳电子学的发展 10 1.4纳电子器件 13 1.4.1引言 13 1.4.2纳电子器件种类 14 1.4.3纳电子器件应用 18 参考文献 22 D12章纳电子学基础 32 2.1纳结构中的量子效应 32 2.1.1电导量子 32 2.1.2弹道输运 33 2.1.3普适电导涨落 34 2.1.4库仑阻塞 34 2.1.5量子相干效应 35 2.2Landauer-Büttiker电导公式 36 2.2.1两端单通道Landauer电导公式 37 2.2.2两端多通道Büttiker电导公式 38 2.2.3弹道结构的电导系数 39 2.3单电子隧穿 40 2.3.1单电子隧穿现象及条件 40 2.3.2电流偏置单隧道结 42 2.3.3单电子岛(双隧道结) 45 2.3.4电子输运的主方程 47 2.4库仑台阶和库仑振荡 48 2.4.1引言 48 2.4.2库仑台阶 49 2.4.3库仑振荡 51 参考文献 52 D13章共振隧穿器件 55 3.1共振隧穿效应 55 3.1.1共振隧穿现象 55 3.1.2共振隧穿机理 56 3.2共振隧穿器件输运理论 58 3.2.1量子力学基础 58 3.2.2双势垒量子阱结构共振隧穿二极管的两种物理模型 61 3.3共振隧穿二极管的特性分析 65 3.3.1共振隧穿二极管的特性及参数 65 3.3.2散射和材料结构对器件特性的影响 67 3.4共振隧穿二极管模型 68 3.4.1电路模拟模型 68 3.4.2物理基础的RTD模型 70 3.5RTD器件的数字电路 72 3.5.1RTD的基本电路 73 3.5.2单-双稳转换逻辑单元的工作原理 75 3.5.3单-双稳转换逻辑单元构成的数字电路 78 3.5.4基于RTD的多值逻辑电路设计 79 3.6RTD的模拟电路及其应用 81 3.6.1振荡器电路 81 3.6.2细胞神经网络神经元电路 82 3.6.3混沌振荡器电路 83 参考文献 86 D14章单电子器件 90 4.1单电子盒 90 4.2单电子陷阱 91 4.3单电子晶体管 92 4.3.1SET的结构及特性 92 4.3.2多栅极SET 95 4.3.3SET的数值模拟法及模型 97 4.4单电子旋转门 102 4.5单电子泵 103 4.6单电子器件的模拟电路应用 104 4.6.1超高灵敏静电计 104 4.6.2单电子能谱仪 104 4.6.3计量标准应用 105 4.6.4红外辐射探测器 106 4.6.5基于SET的模拟滤波器 106 4.6.6基于SET的细胞神经网络 109 4.7单电子器件的数字电路应用 112 4.7.1基于SET的逻辑电路 112 4.7.2单电子存储器 116 4.7.3基于SET的数字滤波器 118 参考文献 121 D15章量子点器件 125 5.1量子元胞自动机 125 5.1.1量子元胞自动机的结构 125 5.1.2量子元胞自动机的原理 126 5.1.3量子元胞自动机的特性 127 5.1.4量子元胞自动机基本电路 128 5.2量子元胞自动机的仿真方法 129 5.2.1元胞间哈特里逼近法 129 5.2.2模拟退火法 130 5.2.3遗传模拟退火法 131 5.2.4QCADesigner软件仿真 134 5.2.5PSpice模型仿真 135 5.3量子元胞自动机数字电路 136 5.3.1基于量子元胞自动机的组合逻辑电路 136 5.3.2基于量子元胞自动机的时序逻辑电路 139 5.3.3量子元胞自动机数字电路设计方法 143 5.4量子细胞神经网络及其应用 147 5.4.1量子细胞神经网络的机理 148 5.4.2量子细胞神经网络的非线性特性 149 5.4.3量子细胞神经网络的混沌控制、同步及保密通信应用 154 5.4.4量子细胞神经网络的图像处理应用 161 参考文献 175 D16章SETMOS混合器件 180 6.1SETMOS混合器件结构及特性 180 6.1.1SETMOS混合器件的结构 180 6.1.2SETMOS混合器件的工作原理及特性 181 6.2SETMOS混合器件的模型 183 6.2.1SETMOS混合器件的模型建立 183 6.2.2SETMOS混合器件的仿真 185 6.3SETMOS混合器件模拟电路应用 187 6.3.1SETMOS积分器 187 6.3.2SETMOS滤波器 189 6.3.3基于SETMOS混合器件的细胞神经网络 191 6.3.4基于SETMOS混合结构的多涡卷混沌系统 201 6.4SETMOS混合器件数字电路应用 206 6.4.1多值逻辑 206 6.4.2逻辑门电路 209 6.4.3SETMOS混合器件的数字电路应用 211 6.4.4SETMOS混合结构在离散混沌系统中的应用 216 参考文献 223 D17章碳纳米管器件 227 7.1碳纳米管的结构、电特性及制备 227 7.1.1碳纳米管的结构 227 7.1.2碳纳米管的电特性 229 7.1.3碳纳米管的制备 231 7.2碳纳米管场效应管 231 7.2.1CNTFET的I-V特性曲线 231 7.2.2P型和N型CNTFET 233 7.2.3接触势垒 235 7.2.4局部栅CNTFET 236 7.2.5双极型CNTFET 237 7.3碳纳米管场效应管仿真模型 238 7.3.1基于弹道输运理论的CNTFET半经典改进模型 238 7.3.2基于线性回归的CNTFET的HSpice模型 243 7.4碳纳米管器件的应用 246 7.4.1基于CNTFET的二极管 246 7.4.2基于CNTFET的逻辑电路 248 7.4.3基于CNTFET的振荡器 249 7.4.4基于双栅极CNTFET的可重配置逻辑电路 250 7.4.5基于CNTFET的多值逻辑电路 251 参考文献 253 D18章纳电子器件应用中的问题 256 8.1单电子晶体管的非理想因素 256 8.1.1单电子晶体管随机背景电荷的产生 256 8.1.2背景电荷对单电子晶体管的影响 257 8.1.3单电子晶体管背景电荷的解决方法 257 8.1.4单电子晶体管其他非理想因素的影响 259 8.2影响SETMOS混合器件工作的因素 260 8.2.1CMOS器件噪声分析与抑制 260 8.2.2SETMOS混合电路设计中偏置电流源的影响 261 8.2.3泄漏能耗的影响与控制 262 8.3量子细胞神经网络的非理想因素 262 8.3.1QCNN中的非理想因素的类型 263 8.3.2非理想因素对QCNN的影响 263 8.3.3非理想因素影响的结果分析 270 8.4其他器件的非理想因素影响 270 8.4.1散射对RTD的影响 271 8.4.2RTD的集成技术 271 8.4.3RTD应用电路的发展展望 273 8.4.4碳纳米管场效应管制备及特性中的问题 274 参考文献 275 参数符号 277 缩略语 280

蔡理 空军工程大学理学院教授 博士生导师 微电子学与固体电子学学科带头人。教育部高等学校电工电子基础课程教学指导委员会委员 全军很好教师、军队院校育才奖金奖和空军高层次科技人才 陕西省电工电子课程体系很好教学团队带头人；主持建设的军队重点网络课程“电工学”入xuan军队院校精品网络课程库；指导博士学位论文获陕西省很好博士学位论文奖和全军很好博士学位论文提名奖 并获陕西省很好博士学位论文导师奖杯；主持完成了国j1a自然科学基金项目、863创新项目和陕西省自然科学基础研究重点项目等重量、军队和省部级项目十多项；出版专著3部 出版教材3部 其中1部获全国很好畅销书奖；在靠前和靠前重要学术期刊发表论文150余篇 其中SCI50余篇 EI60余篇。

本科及以上

全书主要分为三个部分：(1)主要概述纳电子学的发展和基础理论；(2)主要介绍纳电子器件-包括：共振隧穿器件、单电子器件、量子点电子器件、纳米CMOS器件和碳纳米管器件等；(3)由纳电子器件构成的电路及其应用。全书共分八章 包括：纳米电子学和纳电子器件发展概述；纳电子学基础理论；共振隧穿器件；单电子器件；量子点电子器件；SET/MOS混合器件；碳纳米管器件；纳电子电路及应用中的问题。

现代电子器件的基石：深入理解与创新应用 在当今信息技术飞速发展的时代，电子器件扮演着至关重要的角色，它们是构建数字世界的基石，驱动着从智能手机到超级计算机的各类设备高效运转。理解电子器件的工作原理、特性以及其广泛的应用，对于电子工程、计算机科学、材料科学乃至物理学等多个领域的专业人士和有志于投身科技前沿的求知者而言，已成为一项不可或缺的必备技能。 本书并非仅仅罗列各种电子器件的参数和型号，而是旨在为读者提供一个全面、深入且系统化的知识体系，帮助大家透彻理解现代电子器件的核心原理，洞悉其发展脉络，并激发对未来电子技术创新的无限可能。我们将从最基础的半导体物理原理入手，层层递进，逐步深入到各类关键电子器件的设计、制造、工作机制及其在实际应用中的独特价值。 基础篇：洞悉微观世界的奥秘 电子器件的根基在于对物质微观特性的理解，特别是半导体材料的独特性质。我们将从原子结构和电子能带理论讲起，解释为什么某些材料能够导电，而另一些则不能。费米能级、导带、价带、禁带宽度等基本概念将被清晰阐述，为后续理解半导体器件的 PN 结、晶体管等奠定坚实的理论基础。 半导体器件：连接世界的桥梁 PN 结二极管： 这是最基本也是最重要的半导体器件之一。我们将详细分析 PN 结的形成过程，深入理解其在正向偏压和反向偏压下的导电特性，以及由此产生的整流、稳压等功能。从简单的二极管，我们将引申出各种类型的二极管，如肖特基二极管、稳压二极管（齐纳管）、发光二极管（LED）和光电二极管，并探讨它们在电路中的具体应用。例如，LED 的发光原理及其在显示技术、照明领域的革命性影响，光电二极管在光通信、光传感中的关键作用。 晶体管： 晶体管是现代电子学的灵魂。我们将重点介绍双极结型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）两大家族。 BJT： 深入剖析 NPN 和 PNP 型 BJT 的结构、工作原理，包括载流子的注入、传输、集电区收集等过程。详细讲解 BJT 的放大作用，理解其作为电流控制器件的特性。各种 BJT 的连接方式（共射、共集、共基）及其在放大电路、开关电路中的应用将被一一呈现。 FET： 重点介绍结型场效应晶体管（JFET）和金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）。我们将详细解析它们的栅极控制机制，理解其电压控制器件的特性，并与 BJT 进行深入的比较，探讨各自的优缺点及适用场景。MOSFET，特别是 MOSFET，作为现代集成电路中最基础的构建单元，其结构、工作原理、阈值电压、跨导等概念将得到详尽讲解。我们将特别关注 MOSFET 在数字集成电路中的巨大价值，如 CMOS 技术等。 集成电路：微观世界的精巧工程 将大量电子器件微型化并集成在一块硅片上，是电子技术发展的必然趋势。我们将探讨集成电路（IC）的基本概念，包括单片集成电路（SSI）、小规模集成电路（MSI）、中规模集成电路（LSI）和大规模集成电路（VLSI）的发展历程。 数字集成电路： 重点介绍逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）的原理及其在构建组合逻辑电路和时序逻辑电路（如触发器、寄存器、计数器、微处理器）中的作用。我们将展示如何通过这些基本逻辑单元构成复杂的数字系统。 模拟集成电路： 讲解运算放大器（Op-amp）作为万能的模拟电路器件，其基本构成、工作原理以及在各种模拟信号处理应用中的核心地位，如放大、滤波、积分、微分、信号生成等。我们将也会涉及其他重要的模拟集成电路，如比较器、电压调节器等。 存储器： 介绍各类存储器的工作原理，包括随机存取存储器（RAM，如 SRAM 和 DRAM）、只读存储器（ROM，如 PROM, EPROM, EEPROM）以及闪存（Flash Memory）等，理解它们在计算机系统中的作用和数据存储方式。 先进电子器件：面向未来的创新 除了传统的半导体器件，现代电子技术还不断涌现出各种新型、高性能的电子器件，以满足日益增长的技术需求。 功率器件： 随着电力电子技术的发展，IGBT（绝缘栅双极晶体管）、SCR（可控硅）等大功率开关器件在电源管理、电机驱动、新能源领域扮演着关键角色，我们将深入研究它们的特性和应用。 光电子器件： 除了 LED 和光电二极管，激光器（Laser）、光调制器、光探测器等光电子器件在光通信、光存储、光传感、激光雷达等领域具有不可替代的地位。 微机电系统（MEMS）： 介绍 MEMS 技术如何将微小的机械结构与电子电路集成在一起，从而制造出微型传感器、执行器等，广泛应用于消费电子、汽车电子、医疗器械等领域。 新兴材料与器件： 展望电子材料的未来发展，如碳纳米管、石墨烯、有机半导体等，以及基于这些材料的新型电子器件的潜在应用，如柔性电子、可穿戴设备等。 应用篇：理论与实践的深度融合 电子器件的价值最终体现在其广泛的应用之中。本书的理论部分将紧密结合实际应用，通过大量的实例分析，帮助读者将所学知识融会贯通。 通信系统： 讲解电子器件在无线通信、光纤通信中的作用，如调制解调器、射频前端、滤波器、放大器等。 计算机系统： 阐述 CPU、内存、存储设备、输入输出接口等计算机核心部件中电子器件的应用。 消费电子： 分析智能手机、平板电脑、电视、音响等日常用品中电子器件的巧妙设计和集成。 工业自动化与控制： 介绍传感器、执行器、PLC（可编程逻辑控制器）等在工业生产中的应用。 汽车电子： 探讨电子器件在发动机控制、安全系统、娱乐系统等方面的关键作用。 医疗电子： 分析诊断设备、治疗设备、植入式器件等中的电子技术。 新能源领域： 讲解电子器件在太阳能电池板、风力发电机、电动汽车充电桩等中的应用。 学习方法与进阶指引 本书不仅提供了丰富的理论知识，还注重引导读者进行科学的学习。我们将提供清晰的学习路径，建议读者在掌握基础理论后，通过大量的电路设计、仿真练习和实际动手实验来巩固和深化理解。对于有志于进一步深造的读者，我们将提供一些研究方向和参考资料，鼓励大家在电子器件领域进行更深入的探索和创新。 总结 本书旨在为读者打造一个扎实的电子器件知识框架，从根本上理解现代电子技术的驱动力。通过系统性地学习，您将能够： 掌握核心原理： 深刻理解各类电子器件的物理基础和工作机制。 洞悉设计思想： 理解不同器件的设计考量和优化方向。 熟悉应用场景： 能够将理论知识转化为实际问题的解决方案。 激发创新灵感： 为未来电子技术的研发和应用提供坚实基础。 无论您是初学者，还是希望深化理解的专业人士，本书都将是您在电子器件领域探索与进步的理想伙伴。让我们一同揭开微观电子世界的神秘面纱，共同塑造更加智能、互联的未来。

评分☆☆☆☆☆

《纳电子器件及其应用（第2版）》这本书，给我的感觉是一种“视野的拓展”。蔡理老师在里面介绍的那些新奇的纳电子器件，很多我之前是闻所未闻的。他通过生动的比喻和清晰的图示，将那些原本非常抽象的概念变得更容易理解。比如，他讲到某些利用单分子进行信息存储的器件时，就好像在描绘一个微观世界的“机器人”在工作，非常有画面感。读这本书的过程，就像是在逛一个“未来科技博物馆”，里面陈列着各种各样让人惊叹的“展品”。 但是，对于“应用”的深度，我个人觉得还有提升的空间。书中有提到一些可能的应用场景，比如在生物传感、能源转换、高性能计算等方面，但这些应用大多停留在概念的介绍层面，缺乏具体的技术细节和案例分析。有时候，我读完一个器件的介绍，会非常好奇它到底是如何在实际产品中工作的，有没有已经成熟的商业化产品，或者说，在实现这些应用的过程中，会遇到哪些关键的技术瓶颈。如果能在这方面增加更多具体的、有说服力的例子，或者对某个具体应用方向进行更深入的探讨，相信这本书的价值会更加凸显。目前来看，它更像是一个“概念目录”，而不是一份“应用指南”。

评分☆☆☆☆☆

《纳电子器件及其应用（第2版）》这本书，给我的整体印象是“信息量巨大”，而且非常有“系统性”。蔡理教授在编排这本书时，显然是做了非常周全的考虑，将各种纳电子器件按照一定的逻辑顺序进行介绍，从基础的材料特性，到器件的结构设计，再到工作原理和潜在应用，形成了一个完整的知识体系。尤其是对于那些希望全面了解纳电子器件领域概貌的读者，这本书提供了一个非常好的起点。书中的插图和图表也非常丰富，对于理解抽象概念起到了很大的辅助作用。 不过，也正是因为信息量巨大，这本书的“可读性”对我来说，在某些部分还是有一定挑战的。一些章节的行文逻辑，或者说叙述方式，可能会让初次接触该领域的读者感到有些晦涩，需要反复阅读才能抓住核心要点。而且，虽然书名提到了“应用”，但对于具体的应用案例和技术细节的披露，我个人觉得可以更加深入一些。例如，在介绍某个器件的特性后，如果能结合一两个实际的、成熟的或者正在开发中的应用案例，详细分析其优劣势，以及在实际应用中遇到的工程问题和解决方案，那将极大地提升这本书的实用价值。目前来看，它更像是一本“知识汇编”，而非“实践指导手册”。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我最直观的感受是它的“前瞻性”。蔡理教授在《纳电子器件及其应用（第2版）》中，确实触及了许多当前和未来电子技术发展的前沿领域。从纳米线、纳米管，到石墨烯、量子点，再到一些更加奇特的拓扑材料器件，书中对这些新兴器件的原理和潜力进行了广泛的探讨。作者在描述这些器件的工作机制时，常常会引用一些最新的研究成果，这使得整本书充满了“时代感”，让人能够感受到电子科学正在发生的巨大变革。 然而，让我稍感遗憾的是，这本书在“应用”层面的具体实践性方面，略显不足。虽然书名强调了“应用”，但很多关于如何将这些纳米电子器件集成到实际系统中的技术细节，以及在实际应用中可能遇到的挑战（例如功耗、稳定性、互联技术等），并没有得到非常深入的阐述。更多的时候，它只是列举了可能的应用方向，而对于如何实现这些应用，以及实现过程中可能需要克服的工程难题，就比较笼统了。这使得读者在理解了理论概念之后，在如何将这些理论转化为实际产品时，可能会感到“无从下手”，需要自己再去做大量的补充研究和探索。

评分☆☆☆☆☆

《纳电子器件及其应用（第2版）》这本书，怎么说呢，我个人感觉它更像是一本“概念大集合”，里面确实罗列了很多新颖的电子器件，从概念到初步的设计思路都有涉及。作者蔡理在介绍这些器件时，用了大量的篇幅来阐述其背后的物理原理和工作机制，这一点对于我们这些想深入理解“为什么”的读者来说，还是非常有帮助的。比如，他在讲解一些量子点、二维材料器件的时候，会细致地分析电子在这些材料中的行为，以及如何通过外场来调控其性质。这部分内容确实写得挺扎实的，也让我对这些新兴技术有了更宏观的认识。 不过，也正因为如此，这本书的“应用”部分，在我看来，就显得有些“浅尝辄止”了。虽然标题写着“及其应用”，但在实际的章节中，对具体应用的具体分析，比如如何将其集成到实际电路中，如何解决实际工程中遇到的问题，如何进行器件的性能优化和稳定性测试，这方面的内容相对较少。更多的是停留在“可能有哪些应用前景”，或者“理论上可以这样用”的层面。这让我感觉，看完一遍后，虽然对这些纳电子器件有了初步的了解，但要真正将这些知识运用到实际项目开发中，还需要大量的补充阅读和实践摸索。对于希望快速上手开发或者解决具体工程难题的读者来说，可能会觉得这本书提供的“落地”指导不够充分。

评分☆☆☆☆☆

读完《纳电子器件及其应用（第2版）》，我最大的感受就是这本书的“理论深度”非常惊人。蔡理教授在编写这本书时，显然是投入了大量的心血去钻研底层的科学原理。他对于电子在纳米尺度下的行为，以及由此衍生的各种奇特现象，讲解得非常透彻。书中的数学推导和物理模型相当严谨，很多地方甚至是引用了最新的研究成果和前沿理论。如果你是对基础物理、半导体物理、量子力学等有深厚背景的读者，那么这本书无疑是一座宝藏。很多概念的引入和解释，都做到了“抽丝剥茧”，能够帮助读者建立起扎实的理论基础。 然而，这股“学术范”也带来了一些挑战。对于非专业背景或者初学者来说，这本书的阅读门槛确实不低。一些章节的公式推导和理论分析，可能会让读者感到“云里雾里”，需要花费大量的时间去理解和消化。而且，正如书名所强调的“应用”，虽然里面也提到了不少潜在的应用方向，但这些应用更多的是基于理论推演，对于实际的工程实现细节，比如器件的制备工艺、可靠性问题、成本效益分析等，着重描述的篇幅相对有限。所以，如果你是希望获得“拿来就能用”的解决方案，或者了解当下主流纳电子器件的产业化进展，这本书可能不是最直接的选择。它更偏向于“打好地基”，而非“盖好楼房”。